JP4706239B2

JP4706239B2 - レーダ装置

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Publication number: JP4706239B2
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Inventors: 雅久持田
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Priority date: 2004-11-25
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Publication date: 2011-06-22
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Description

本発明は、レーダ装置に関し、特に、互いに隣接する複数の面に夫々設けられた空中線から電波を送信し、かつ各面の空中線を夫々セクタースキャンすることにより、各空中線のスキャン毎に得られる受信データを用いて広範囲の目標を高データレートで検出するレーダ装置に関する。

レーダ装置は、空間に電波を放射し、目標や雨雲等からの反射信号を受信して対象物の状況を監視、観測する装置である。このような対象物の状況を監視、観測する目的で用いられるレーダ装置では、一般に指向性ビームを走査（スキャン）する方式が採用される。レーダのビーム走査方式の１つにセクタースキャン方式がある。セクタースキャン方式では、一定の方位角範囲で空中線を機械的に往復させて指向性ビームを走査することにより、走査方位角範囲内の対象物が監視、観測される。

このセクタースキャン方式を用いて、より広い観測方位角範囲の目標を監視、観測しようとすると、スキャン角度が広がるため指向性ビームが観測方位角範囲内で１往復するのにかかる時間が増大して目標からの反射信号を受信する間隔が長くなり、そのため観測データレートが低下する。従って、観測目標が高速に移動あるいは変動するような場合には、該目標を正確に観測することが困難となり、特に目標を追尾する場合には、追尾精度が劣化するという問題がある。スキャン速度を上げれば観測データレート上げることができるが、送信ビームと受信ビームのずれが大きくなるため、特に遠方の目標の場合感度が低下する。

このような問題を解決する１方法として、特許文献１では、気象現象を観測するレーダ装置において、通常は全方位を観測するモードを設定しておき、注目すべき領域を集中的に観測する場合には、全方位を観測するモードから狭い角度範囲をセクタースキャンにより観測するモードに切り替えて観測データレートの向上を図る方式が提案されている。

また、特許文献２〜３では、４個のアンテナを９０°間隔で４方向に、あるいは２個のアンテナを背中合わせに配置し、同一の回転軸により一体に回転させながら、各アンテナで交互又は同時に電波の送受信を行わせることにより、観測データレートの向上を図る方式が提案されている。この方式では、空中線の回転速度をω＝２０゜／秒とした場合、１つのアンテナを回転させて電波の送受信を行う場合のデータレートは、３６０／２０＝１８（秒）であるが、例えば、４個のアンテナを９０°間隔で４方向に配置して同一の回転軸により一体に回転させた場合のデータレートは４．５秒となる。

また、常時全方位の目標を監視しつつ、捜索データレート（目標探知の時間間隔）の向上を図るレーダ装置として、多面の空中線から電波を送信してセクタースキャンにより目標を監視する方式（以下、多面放射セクタースキャン方式）も考えられている。図６は、９０°の角度範囲でセクタースキャンすることができる４個のアンテナを９０°間隔で４方向に配置し、各角度範囲内を指向性ビーム（アンテナビーム＃１〜＃４）で往復スキャンしながら空間への電波の放射および空間からの反射電波の受信を行うことにより、全方位からの観測データを得る多面放射セクタースキャン方式の例を示している。

図６において、方位角は、この多面放射セクタースキャンアンテナにおける領域Ｓ_１の左端（捜索開始の基準）を０゜とし、時計回りでカウントするものと定義する。アンテナビーム＃１による監視範囲は、方位角０゜〜９０゜（領域Ｓ_１）、アンテナビーム＃２は方位角９０゜〜１８０゜（領域Ｓ_２）である。アンテナビーム＃３及び＃４による場合も同様に、それぞれ１８０゜、２７０゜を捜索開始方位の基準として、夫々９０゜の領域を監視範囲としている。

従って、４面の空中線の各指向性ビームを夫々の方位角領域内で機械的に往復させることにより、各アンテナビームが担当する方位角領域を捜索することが可能となり、トータルとして全方位３６０゜の監視を実現させている。セクタースキャンによる監視は、空中線を機械的に方位方向に駆動させるため、一般的に捜索データレートと追尾データレートは同じとなる。追尾データレートとは前スキャン目標と現スキャン目標の位置情報等の相関により同一目標の判別処理を行う追尾処理の時間間隔を示す。

図７は、横軸を時間、縦軸を方位角とし、図６に示されているアンテナビーム＃１と＃２の２往復分のセクタースキャンの走査ダイヤグラムを示している。以下、図６に示されている目標Ａ、Ｂ、Ｃの追尾データレートについて説明する。図６に示すように、目標Ａ、Ｂは領域Ｓ_１に存在し、目標Ｃは領域Ｓ_２に存在するものとする。目標Ａは領域Ｓ_１のほぼ中心付近θ_Ａの方位に位置し、目標Ｂは領域Ｓ_２との境界近傍であるθ_Ｂの方位に位置し、目標Ｃは領域Ｓ_１との境界近傍であるθ_Ｃの方位に位置している。

Δｔ_Ａ、Δｔ’_Ａ、Δｔ_Ｂ、Δｔ’_Ｂ、Δｔ_Ｃ、Δｔ’_Ｃは、各目標（添字が各目標に対応）のデータレートを示す。夫々の目標毎に２種類のデータレートが存在するが、これは、例えば領域Ｓ_１の目標Ｂの場合で説明すると、セクタースキャン方式によりデータレートｔ_１（Δｔ_Ｂに相当）とｔ_２（Δｔ’_Ｂに相当）が異なるために生ずる。目標Ａのようにアンテナビーム＃１によるセクタースキャン範囲の中心付近に位置している場合には、Δｔ_ＡとΔｔ’_Ａの時間差は小さくなる。

空中線の回転速度をω（単位：゜／秒）とすると、前記各データレートは、
・目標Ａの追尾データレート
Δｔ_Ａ＝２（９０−θ_Ａ）／ω （１）
Δｔ’_Ａ＝２θ_Ａ／ω （２）
・目標Ｂの追尾データレート
Δｔ_Ｂ＝２（９０−θ_Ｂ）／ω （３）
Δｔ’_Ｂ＝２θ_Ｂ／ω （４）
・目標Ｃの追尾データレート
Δｔ_Ｃ＝２（１８０−θ_Ｃ）／ω （５）
Δｔ’_Ｃ＝２（θ_Ｃ−９０）／ω （６）
によって求められる。

ここで、一例として、目標Ａ、Ｂ、Ｃの方位角をそれぞれ、５０゜、８０゜、１１０゜、空中線回転速度ω＝２０゜／秒とした場合、追尾データレートは、Δｔ_Ａ＝４秒、Δｔ’_Ａ＝５秒、Δｔ_Ｂ＝１秒、Δｔ’_Ｂ＝８秒、Δｔ_Ｃ＝７秒、Δｔ’_Ｃ＝２秒となるが、各目標の平均データレートは、いずれも４．５秒となり、４個のアンテナを９０°間隔で４方向に配置して同一の回転軸により一体に回転させた場合（特許文献２）のデータレートと同じ値となる。しかし、各アンテナの境界近傍に位置している目標の場合には、データレートの偏りにより、平均データレートの２倍近くになることがあり、その期間の追尾データレートは低下する。

特開平１１−２７１４４３号公報特開平５−２８１３４８号公報特許第３２０２５２０号公報

特許文献１に記載の気象レーダ制御方法によれば、特定の方向における気象情報が急速に変化した場合等に、当該方向に限定された方位角度でアンテナビームをセクタースキャンさせることにより、その領域の観測データレートを向上させ、その領域の気象状況の変化を高密度で観測することができるが、セクタースキャンを行っている間は、限定された方位からの観測データしか得られず、その他の方位で気象情報の変化が発生しても、それを検出することができないという問題がある。さらにアンテナの制御も複雑となる。

また、特許文献２〜３に記載のマルチアンテナレーダ装置、あるいは図６に示す上記多面放射セクタースキャン方式を用いたレーダ装置によれば、所定角度範囲を１つのアンテナの指向性ビームをスキャンする場合と比較して、その平均のデータレートをアンテナの数で割った値に短縮できるが、それ以上のデータレートを得ようとすれば、更にアンテナの数を増やさなければならない。また、図６に示す上記多面放射セクタースキャン方式の場合、目標が各アンテナの境界近傍に位置している場合には、データレートの偏りによりデータレートが低下するため目標の追尾に支障をきたすことがある。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、上記多面放射セクタースキャン方式を改良し、優先的に指定された目標に対するデータレートを、アンテナの数を増やすことなく向上させることができる手段を提供することにある。

本発明の他の目的は、優先的に追尾する目標に対して追尾データレートの向上を図り、追尾精度を向上させることが可能なレーダ装置を提供することにある。

本発明の多面放射セクタースキャン方式を用いたレーダ装置は、機械的に水平面内を回動可能に構成された回動軸と、該回動軸の全方位（３６０°）をＮ等分（Ｎは２以上の整数）した各方位に配置され、隣接するアンテナ間で角度Δθのオーバーラップ領域が生ずるように、夫々が３６０°／Ｎ＋Δθの角度範囲内を互いに同期した指向性ビームで往復スキャンするＮ個のアンテナとを有する空中線装置と、該空中線装置の各アンテナへの送信機能および各アンテナで受信された反射波の受信機能を有する送受信機と、該送受信機における送受信機能の制御、および前記受信機で受信された反射信号を処理して、目標信号の検出を行う信号処理器と、該信号処理器で検出された目標信号の前記スキャン毎の相関処理を行うことにより目標の識別を行うデータ処理器と、該データ処理器で識別された目標の、前スキャン時の位置情報と現スキャン時の位置情報の相関により、同一目標の移動判別処理を行う追尾処理器と、前記データ処理器および前記追尾処理器から出力される目標情報を表示する表示器と、該表示器を介して、所望の方位もしくは該表示器に表示されている所望の目標が指定されたとき、前記探索オーバーラップ領域の中心方位と前記所望の方位もしくは目標方位が一致するように前記空中線装置の回動軸を回動制御する空中線方位制御器とを備えていることを特徴とする。

即ち本発明では、上記構成の多面放射セクタースキャンアンテナを備えた空中線装置を機械的に回動する空中線方位制御器を備えており、表示器から指定された方位又は追尾処理器からの追尾目標の予測位置の方位が空中線方位制御器に入力されると、上記オーバーラップ領域の中心方位が前記指定された方位又は追尾処理器からの追尾目標の予測位置の方位となるように空中線装置を機械的に駆動させ、その状態を基準としてセクタースキャン動作を行うことにより、データレートの向上を図っている。

また、前記追尾処理器は、前記オーバーラップ領域Δθ内で追尾中の目標に対して、所定時間前（例えば前回のスキャン時）の検出方位と現在（今回のスキャン時）の検出方位から所定時間後（次回のスキャン時）の検出予測方位θ’を推定して、該予測方位θ’を前記空中線方位制御器へ出力する手段を有する構成とし、前記空中線方位制御器は、前記追尾処理器から入力された予測方位θ’と前記オーバーラップ領域Δθの中心方位との誤差角φ’を求める手段と、該誤差角φ’の絶対値を予め設定された設定値Δφと比較し、誤差角φ’の絶対値が前記設定値Δφよりも大きいとき、該誤差角φ’およびその回動方向を前記空中線装置へ出力する手段を有する構成とし、前記空中線装置は、前記空中線方位制御器から入力された誤差角φ’およびその回動方向情報に従って、前記回動軸を前記誤差角φ’だけ指定された方向に回動する手段を有する構成とすることができる。

本発明では、表示器にて指定した対象目標の方位が、隣り合う２つのアンテナのスキャンビームがオーバーラップする領域内に位置するように空中線装置を回動制御するので、指定した対象目標は隣り合う２つのアンテナのビームにより夫々受信されることになる。そのため、スキャン毎に得られる目標からの受信データ数は２倍に増えるので、優先的に追尾すべき方位あるいは目標の追尾データレートの向上を図ることができ、追尾精度の向上が実現できる。

また、オーバーラップ領域で目標を追尾している状態から、当該目標がオーバーラップ領域外に移動することが予測される場合でも、目標の追尾予測位置の方位情報により、オーバーラップ領域内にて対象目標が継続して追尾できるように、空中線装置を自動的に回動制御する手段を備えているので、データレート高速化状態の継続化を図ることができ、高精度の追尾を維持することができる。

図１は、本発明の実施形態のレーダ装置で用いられる多面放射セクタースキャンアンテナのビーム走査の一例を示す説明図である。また図２は、図１に示す多面放射セクタースキャンアンテナにおけるアンテナビーム＃１と＃２の２往復分のセクタースキャン動作を、横軸を時間、縦軸を方位角として示した走査ダイヤグラムである。以下、本実施形態における多面放射セクタースキャン方式について、図１〜図２を用いて説明する。

本実施形態で用いられる多面放射セクタースキャンアンテナも、各受け持ち角度範囲内を指向性ビーム（アンテナビーム＃１〜＃４）で往復スキャンしながら空間への電波の放射および空間からの反射電波の受信を行う４個のアンテナを９０°間隔で４方向に配置することにより、全方位からの観測データを得る構成となっているが、本実施形態では、アンテナビーム＃１による監視範囲を、方位角０゜〜９０゜＋Δθ（領域Ｓ_１）とし、アンテナビーム＃２による監視範囲を、方位角９０゜〜１８０゜＋Δθ（領域Ｓ_２）とすることにより、斜線部で示すΔθのオーバーラップ方位角幅を設けている。

図では、便宜上、領域Ｓ_１と領域Ｓ_２のみを示しているが、アンテナビーム＃３及び＃４による場合も同様に、それぞれ１８０゜、２７０゜を捜索開始方位の基準として、夫々９０゜＋Δθの領域を監視することにより、各アンテナ間にΔθのオーバーラップ方位角幅が設けられている。従って、オーバーラップ領域Δθは、方位角０゜〜Δθ、９０゜〜９０゜＋Δθ、１８０゜〜１８０゜＋Δθ、２７０゜〜２７０゜＋Δθの４個所に形成される。方位角は、領域Ｓ_１の左端（捜索開始の基準）を０゜とし、時計回りでカウントするものと定義する。

これら４面のアンテナビームを夫々の走査範囲内で機械的に往復させることにより、各アンテナビームが担当する方位角領域を捜索することが可能となり、トータルとして全方位３６０゜の監視を実現させている。セクタースキャンによる監視は、空中線を機械的に方位方向に駆動させるため、一般的に捜索データレートと追尾データレートは同じとなる。追尾データレートとは前スキャン目標と現スキャン目標の位置情報等の相関により同一目標の判別処理を行う追尾処理の時間間隔を示す。

次に、目標Ａ、Ｂ、Ｃの追尾データレートについて説明する。図１に示すように、目標Ａは領域Ｓ_１のほぼ中心付近θ_Ａの方位に位置する目標、目標Ｂは領域Ｓ_１のオーバーラップ領域付近θ_Ｂの方位に位置する目標（但し、オーバーラップ領域外）、目標Ｃは領域Ｓ_１と領域Ｓ_２のオーバーラップ領域内であって、θ_Ｃの方位に位置する目標を示す。

図１〜図２に示すように、本実施形態の場合もセクタースキャン方式であるためデータレートｔ_１とｔ_２が異なることにより、夫々の目標毎に２種類のデータレートが存在する。各目標（添字が各目標に対応）のデータレートを、Δｔ_Ａ、Δｔ’_Ａ、Δｔ_Ｂ、Δｔ’_Ｂ、Δｔ_Ｃ、Δｔ’_Ｃとする。

空中線の回転速度をω（単位：゜／秒）、隣接アンテナ面とのオーバーラップ領域の方位角幅をΔθとすると、前記各データレートは、
・目標Ａの追尾データレート
Δｔ_Ａ＝２（９０＋Δθ−θ_Ａ）／ω （７）
Δｔ’_Ａ＝２θ_Ａ／ω （８）
・目標Ｂの追尾データレート
Δｔ_Ｂ＝２（９０＋Δθ−θ_Ｂ）／ω （９）
Δｔ’_Ｂ＝２θ_Ｂ／ω （１０）
・目標Ｃの追尾データレート
Δｔ_Ｃ＝θ_Ｃ／ω−（θ_Ｃ−９０）／ω＝９０／ω （１１）
Δｔ’_Ｃ＝２（９０＋Δθ−θ_Ｃ）／ω （１２）
によって求められる。

ここで、一例として、目標Ａ、Ｂ、Ｃの方位角をそれぞれ、５５゜、８５゜、９５゜、空中線回転速度ω＝２０゜／秒、オーバーラップ方位角幅Δθ＝１５゜とした場合、追尾データレートは、Δｔ_Ａ＝５秒、Δｔ’_Ａ＝５.５秒、Δｔ_Ｂ＝２秒、Δｔ’_Ｂ＝８.５秒、Δｔ_Ｃ＝４.５秒、Δｔ’_Ｃ＝１秒となり、各目標の平均データレートは、目標Ａ、Ｂでは５．２５秒であるが、目標Ｃでは２．７５秒となる。

これらの結果を、図６〜図７に示すオーバーラップ領域を有していない場合と比較すると、セクタースキャンによる捜査範囲が９０＋Δθ＝１０５゜であるため、オーバーラップ領域外に位置している目標Ａ、Ｂでは、その平均データレートが少し伸びて低下しているが、オーバーラップ領域内に位置している目標Ｃでは、その平均データレートが短縮されている。

これは、目標Ａと目標Ｂでは、アンテナビーム＃１が１往復スキャンする間に２回の割合で位置情報が得られるのに対して、オーバーラップ領域内に位置している目標Ｃの場合は、アンテナビーム＃１が１往復スキャンする間に得られる２回の位置情報とアンテナビーム＃２が１往復スキャンする間に得られる２回の位置情報により、合計４回の割合で位置情報が得られるため、目標Ｃの様にオーバーラップ領域内に存在する目標では、追尾データレートはほぼ半分に短縮されることになる。

そこで、本実施形態のレーダ装置においては、図１に示す多面放射セクタースキャンアンテナの各ビームスキャンによって得られる受信信号に対して、スキャン毎の相関処理を行うことにより得られた目標の中から、特定の目標が指定されたとき、該指定された目標が、上記オーバーラップ領域の中心方位に位置するように、この多面放射セクタースキャンアンテナ全体を回動制御する手段を設ける。それにより、この指定された特定の目標のデータレートを短縮し、その追尾精度を向上させる構成とする。

図３は、本発明の実施形態を示すレーダ装置のブロック図であり、図４は、本実施形態のレーダ装置における空中線方位制御器の詳細ブロック図である。

本実施形態のレーダ装置では、空中線装置１は、図１に示す多面放射セクタースキャンアンテナ構成となっており、かつこの多面放射セクタースキャンアンテナ全体を回動可能にする構成を備えている。また、この多面放射セクタースキャンアンテナ全体の回動制御するために空中線方位制御器７を備えている。これらの構成および制御系以外の構成は、基本的には従来のレーダ装置と同一の構成である。以下、本実施形態のレーダ装置の動作について図１〜図４を参照して説明する。

送受信機２で生成された送信信号は、変調された信号として空中線装置１を介して空間に放射される。また、目標からの反射信号は空中線装置１を介して受信信号として送受信機２へ入力される。送受信機２では、中間周波変換処理、信号増幅処理、位相検波処理等が行われ、位相検波信号（Ｉ、Ｑ信号）は、最終的にＡ／Ｄ変換処理によりディジタル信号に変換されて信号処理器３に入力される。

信号処理器３では、パルス圧縮処理、クラッタ等の不要信号の除去処理、ドップラ処理等により、対象目標の信号レベルを所要のＳ／Ｎレベルまで増幅し、目標信号検出処理等を行う。なお、本実施例では、信号処理器３は本レーダ装置全体の制御処理機能も備えた構成となっている。信号処理器３の出力データである目標データは、データ処理器４へ入力される。

データ処理器４では目標信号の相関処理等が行われて目標が検出され、その出力データは表示器６へ入力される。また、データ処理器４の出力データは追尾処理器５へも入力される。追尾処理器５では、前スキャン目標と現スキャン目標の位置情報等の相関により同一目標の判別処理を行い、追尾処理されたデータは表示器６へ入力され、前記データ処理器４の出力データと共に画面上に表示される。

ここで、オペレータが表示器６にて、追尾データレートの高速化を図りたい方位や目標を指定すると、この指定方位データは一旦、信号処理器３へ出力される。信号処理器３は本レーダ装置の全体を監視制御する機能を有するため、表示器６からの指定方位データが信号処理器３へ入力されると、信号処理器３は、表示器６で指定された方位データが、領域Ｓ_１の左端（捜索開始の基準）を０゜とするこの多面放射セクタースキャンアンテナのどの方位に対応しているかを判定し、領域Ｓ_１の左端を基準とした指定方位データθに変換して、空中線方位制御器７に出力する。

空中線方位制御器７の角度算出器１０１は、信号処理器３から入力された前記指定方位データθと、この多面放射セクタースキャンアンテナのオーバーラップ領域Δθの中心方位とから、この多面放射セクタースキャンアンテナの回動角度を算出し、回動角度データφとして空中線装置１へ出力する。空中線装置１では、入力された回動角度データφだけ空中線装置１を回動する。その結果、表示器６で指定された方位と、この多面放射セクタースキャンアンテナにおけるオーバーラップ領域Δθの中心方位とが一致するように設定制御される。

例えば図１に示す目標Ａ，Ｂ，Ｃが表示器６に表示されている状態において、表示器６から目標Ｂを追尾データレートの高速化を図りたい目標として指定すると、この指定情報を受けた信号処理器３は、空中線装置１の方位角０°を基準にした目標Ｂの方位角データθ_Ｂを空中線方位制御器７へ出力する。空中線方位制御器７の角度算出器１０１は、入力された方位角データθ_Ｂから該θ_Ｂに最も近いオーバーラップ領域Δθの中心方位角を減算し、その角度差φと回動方向を算出して空中線装置１に対する回転角度制御データとして出力する。

図１の場合、空中線装置１の方位角０°を基準にした目標Ｂの現在の方位角θ_Ｂは８５゜であるので、信号処理器３から空中線方位制御器７に対して方位角データとして８５°が出力される。この方位角データに最も近いオーバーラップ領域Δθは、方位角９０゜〜９０゜＋Δθの範囲であって、その中心方位は９７．５°であるので、空中線方位制御器７の角度算出器１０１は、信号処理器３から入力された方位角データ８５°からこのオーバーラップ領域Δθの中心方位９７．５°を減算することにより角度差φとして「−１２．５°」を算出し、空中線装置１へ回転角度制御データとして出力する。

空中線装置１は、入力された回転角度制御データに従って、空中線装置１を指示された回動方向に角度φだけ回動する。図１の場合、回転角度制御データは「−１２．５°」であるので、空中線装置１は、反時計方向に１２．５°回動制御される。従ってそれ以降、目標Ｂの方位角θ_Ｂを９７．５゜に設定した状態を基準としてセクタースキャン方式により目標の監視が行われるので、目標Ｂの検知データレートが向上する。

なお、追尾データレートの高速化を図りたい目標が、例えば目標Ａのように、２つのオーバーラップ領域のほぼ中間に位置しているような場合であって、指定方位角θが９７．５／２°となるような場合には、最も近いオーバーラップ領域は、０°〜Δθと９０゜〜９０゜＋Δθの２箇所となるが、この場合には、回動方向が例えば時計回り方向となるオーバーラップ領域（０°〜Δθ）を指定するように予め設定しておく。

また本実施形態では、オーバーラップ領域内において追尾している目標が、前記オーバーラップ領域の外に移動すると予測される場合は、追尾処理器５の追尾予測位置の方位情報が空中線方位制御器７に入力され、指定方位が設定された場合と同様に追尾目標の方位にオーバーラップ領域の中心方位が自動的に設定され、追尾の継続を維持するように構成されている。

例えば図１において、目標Ｃがオーバーラップ領域Δθ内で追尾されている目標である場合、現在の指定方位θ（θ_Ｃ）は、オーバーラップ領域Δθの中心方位であるθ＝９０°＋Δθ／２に設定された状態となっている。一方、追尾処理器５は、目標Ｃの前回の検出方位と今回の検出方位から次回の予測方位θ’を推定して角度算出器１０１へ出力する。角度算出器１０１は、予測方位θ’から指定方位θ（＝９０°＋Δθ／２）を減算することにより誤差角φ’を求めて領域比較器１０２へ出力する。

領域比較器１０２では、入力された誤差角φ’の絶対値と判定領域設定器１０３に予め設定されている設定値Δφとを比較し、誤差角φ’の絶対値が設定値Δφよりも大きいと判定したとき、中心方位補正器１０４に対して中心方位補正データ（誤差角φ’）を出力する。なお、設定値Δφの値は例えばΔθ／２、あるいはΔθ／２以下の適宜の値に設定することができる。

中心方位補正器１０４はこの中心方位補正データを受けたとき、空中線装置１に対して、上記誤差角φ’とその回動方向からなる中心方位補正指示信号を、回動角度制御データとして出力する。空中線装置１は、この回動角度制御データに従ってそのオーバーラップ領域の中心方位を角度φ’だけ指定された方向に回動する。この動作により、目標Ｃが常にオーバーラップ領域の中心方位に位置するように空中線装置１が回動制御される。

図５は、４面放射セクタースキャン方式のレーダ装置として構成された本実施形態の動作例を示す概念図である。図５において、空中線装置１と目標Ｔ_１の位置関係が、状態アに示すように目標Ｔ_１が方位角８５゜方向で視線方向に進行してくる状態のとき、そのまま目標Ｔ_１の追尾を実施すると、空中線回転速度を２０゜／秒、オーバーラップ領域幅を１５゜とした場合、追尾データレートは、式（１０）により最大８.５秒となってしまう。

ここで、オペレータが当該目標Ｔ_１を優先的に追尾を実施すべき目標であると判断し、表示器６にて、方位角８５゜の方位がオーバーラップ領域の中心方位θとなるように指定すると、空中線装置１は状態イの配置状態となるように機械的に回動制御され、目標Ｔ_１の位置にオーバーラップ領域Δθが移動する。この結果、追尾データレートは前記と同一条件下で式（１１）で示す４.５秒以下（オーバーラップ領域Δθの中心方位と一致しているときは２．７５秒）となって、追尾データレートの向上を図ることができ、追尾精度の向上に繋げることができる。

従って、本発明により、従来セクタースキャンの折り返し点に近い目標の最大追尾データレートとして、各アンテナビームが監視する領域の往復時間程度かかっていたものが、約１／２の追尾データレートまで高速化を図ることができる。

また、図５の目標Ｔ_２の様に、方位角９５゜方向でオーバーラップ領域にて追尾中の目標（状態ア）が、オーバーラップ領域外に移動すると予測される場合は、図３に示す追尾処理器５の予測位置の方位情報θ’が空中線方位制御器７に入力され、状態イの様に自動的に予測位置の方位がオーバーラップ領域の中心方位となるように空中線装置１が回動制御されるため、追尾データレート４.５秒以下を維持したまま追尾を継続することができる。

なお、上記実施形態では、多面放射セクタースキャンアンテナとして全方位（３６０°）を探索する構成となっているが、必ずしも全方位（３６０°）である必要はなく、例えば、１２０°、１８０度等、任意に設定された角度範囲を探索する構成に対して適用することもできる。また夫々の領域を走査するセクターアンテナの数も２個以上の任意の数に設定できる。

本発明の実施形態のレーダ装置で用いられる多面放射セクタースキャンアンテナのビーム走査の例を示す説明図である。図１の多面放射セクタースキャンアンテナにおけるセクタースキャン動作を示す走査ダイヤグラムである。本発明の実施形態を示すレーダ装置のブロック図である。本実施形態のレーダ装置における空中線方位制御器の詳細ブロック図である。本実施形態の動作例を示す概念図である。多面放射セクタースキャンアンテナの従来のビーム走査例を示す説明図である。図６の多面放射セクタースキャンアンテナにおけるセクタースキャン動作を示す走査ダイヤグラムである。

符号の説明

１空中線装置
２送受信機
３信号処理器
４データ処理器
５追尾処理器
６表示器
７空中線方位制御器
１０１角度算出器
１０２領域比較器
１０３判定領域設定器
１０４中心方位補正器

Claims

機械的に水平面内を回動可能に構成された回動軸と、該回動軸の全方位（３６０°）をＮ等分（Ｎは２以上の整数）した各方位に配置され、隣接するアンテナ間で角度Δθのオーバーラップ領域が生ずるように、夫々が３６０°／Ｎ＋Δθの角度範囲内を互いに同期した指向性ビームで往復スキャンするＮ個のアンテナとを有する空中線装置と、
前記空中線装置の各アンテナへの送信機能および各アンテナで受信された反射波の受信機能を有する送受信機と、
前記送受信機における送受信機能の制御、および前記受信機で受信された反射信号を処理して、目標信号の検出を行う信号処理器と、
前記信号処理器で検出された目標信号の前記スキャン毎の相関処理を行うことにより目標の識別を行うデータ処理器と、
前記データ処理器で識別された目標の、前スキャン時の位置情報と現スキャン時の位置情報の相関により、同一目標の移動判別処理を行う追尾処理器と、
前記データ処理器および前記追尾処理器から出力される目標情報を表示する表示器と、
前記表示器を介して、所望の方位が指定されたとき、もしくは、該表示器に表示されている所望の目標が指定されて前記目標の追尾を優先的に行うとき、前記オーバーラップ領域の中心方位を、指定された前記所望の方位もしくは指定された前記目標の方位に一致させて、この状態を基準としたセクタスキャン動作が行えるように回転軸を回動制御する空中線方位制御器と、
を備えていることを特徴とするレーダ装置。
前記追尾処理器は、前記オーバーラップ領域Δθ内で追尾中の目標に対して、所定時間前の検出方位と現在の検出方位から所定時間後の検出予測方位θ’を推定して、該予測方位θ’を前記空中線方位制御器へ出力する手段を有し、
前記空中線方位制御器は、前記追尾処理器から入力された予測方位θ’と前記オーバーラップ領域Δθの中心方位との誤差角φ’を求める手段と、該誤差角φ’の絶対値を予め設定された設定値Δφと比較し、誤差角φ’の絶対値が前記設定値Δφよりも大きいとき、該誤差角φ’およびその回動方向を前記空中線装置へ出力する手段を有し、
前記空中線装置は、前記空中線方位制御器から入力された誤差角φ’およびその回動方向情報に従って、前記回動軸を前記誤差角φ’だけ指定された方向に回動する手段を有していることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
前記設定値Δφは、前記オーバーラップ領域Δθの１／２に設定されていることを特徴とする請求項２に記載のレーダ装置。
機械的に水平面内を回動可能に構成された回動軸と、該回動軸の所定角度ψ（０°＜ψ≦３６０°）の範囲をＮ等分（Ｎは２以上の整数）した各方位に配置され、隣接するアンテナ間で角度Δθのオーバーラップ領域が生ずるように、夫々がψ／Ｎ＋Δθの角度範囲内を互いに同期した指向性ビームで往復スキャンするＮ個のアンテナとを有する空中線装置と、
前記空中線装置の各アンテナへの送信機能および各アンテナで受信された反射波の受信機能を有する送受信機と、
前記送受信機における送受信機能の制御、および前記受信機で受信された反射信号を処理して、目標信号の検出を行う信号処理器と、
前記信号処理器で検出された目標信号の前記スキャン毎の相関処理を行うことにより目標の識別を行うデータ処理器と、
前記データ処理器で識別された目標の、前スキャン時の位置情報と現スキャン時の位置情報の相関により、同一目標の移動判別処理を行う追尾処理器と、
前記データ処理器および前記追尾処理器から出力される目標情報を表示する表示器と、
前記表示器を介して、所望の方位が指定されたとき、もしくは、該表示器に表示されている所望の目標が指定されて前記目標の追尾を優先的に行うとき、前記オーバーラップ領域の中心方位を、指定された前記所望の方位もしくは指定された前記目標の方位に一致させて、この状態を基準としたセクタスキャン動作が行えるように回転軸を回動制御する空中線方位制御器と、
を備えていることを特徴とするレーダ装置。
前記追尾処理器は、前記オーバーラップ領域Δθ内で追尾中の目標に対して、所定時間前の検出方位と現在の検出方位から所定時間後の検出予測方位θ’を推定して、該予測方位θ’を前記空中線方位制御器へ出力する手段を有し、
前記空中線方位制御器は、前記追尾処理器から入力された予測方位θ’と前記オーバーラップ領域Δθの中心方位との誤差角φ’を求める手段と、該誤差角φ’の絶対値を予め設定された設定値Δφと比較し、誤差角φ’の絶対値が前記設定値Δφよりも大きいとき、該誤差角φ’およびその回動方向を前記空中線装置へ出力する手段を有し、
前記空中線装置は、前記空中線方位制御器から入力された誤差角φ’およびその回動方向情報に従って、前記回動軸を前記誤差角φ’だけ指定された方向に回動する手段を有していることを特徴とする請求項４に記載のレーダ装置。
前記設定値Δφは、前記オーバーラップ領域Δθの１／２に設定されていることを特徴とする請求項５に記載のレーダ装置。